生命科學

向達爾文致敬

維多利亞時代,一個學院外的人花了一輩子蒐集觀察資訊,不厭其煩地思考自然界的運作方式。他在150年前提出的理論,依舊是驅動科學研究的典範。

撰文/斯蒂克斯(Gary Stix)
翻譯/王道還

生命科學

向達爾文致敬

維多利亞時代,一個學院外的人花了一輩子蒐集觀察資訊,不厭其煩地思考自然界的運作方式。他在150年前提出的理論,依舊是驅動科學研究的典範。

撰文/斯蒂克斯(Gary Stix)
翻譯/王道還

重點提要

●達爾文(Charles Darwin, 1809~1882)發表的《物種原始論》(或譯為《物種起源》),已歷經了150年的考驗。
●但是,他對於演化的睿見與遺傳學融合之後,演化理論擴張了,也改變了。
●演化生物學仍然必須設法解決當年困擾達爾文的同樣問題。例如,什麼是「物種」?

1835年9月,英國海軍的小獵犬號駛入了加拉巴哥群島。達爾文是船上的一員,當時26歲。他並沒注意到當地現稱為「達爾文雀」的那一群鳥,事實上,他將當中幾種錯認為厚喙鳥,虧他還是個自然學者。達爾文回到英倫後,鳥類學者兼畫家古爾德(John Gould)為小獵犬號帶回的鳥兒標本繪製圖畫,結果古爾德發現,那些鳥全是雀鳥(finche)的不同物種。

達爾文是自學出身的自然學者,古爾德的研究結論使他了解,加拉巴哥群島上的雀鳥,喙嘴為了遷就食物的大小,如種子或昆蟲,許多世代後必然發生了變化。他在1839年出版的《小獵犬號航海記》中寫道:「從這一小群關係密切的鳥兒中,發現一個構造有漸次歧異的現象,難免會教人想像,在這些海島上一開始只有一小群鳥,都是同一個物種,然後分別朝不同的目標逐漸變化。」

20年後,達爾文將雀鳥因適應不同島上的生存條件而變化這一睿見,發展成完整的生物演化理論。這理論的重點是,「自然選擇」(天擇)會確保有利於生存的性狀遺傳給未來的世代。達爾文理論的核心,歷經科學與宗教的批評,仍然是各種研究問題的起點;那些問題五花八門、無窮無盡,繼續啟發現代科學家的研究。生物學者仍在尋找實驗證據,勾勒天擇在分子層次上的運作模式,以及那個模式影響新物種形成的方式。

對達爾文雀的研究,還在提供答案。過去科學家假定演化是個緩慢的過程,人類壽命短暫,不會覺察因演化而發生的變化。哪裡知道,達爾文雀居然成為研究實時演化的理想對象,因為牠們繁殖得相當快,又彼此隔離在不同島上,很少遷徙。

1970年代起,美國普林斯頓大學的演化生物學家葛蘭特夫婦(Peter & Rosemary Grant)就把加拉巴哥群島當做一個巨大的實驗室。他們在那裡觀察的達爾文雀超過兩萬隻,結果證明「聖嬰」出現之後,氣候從濕轉乾,新世代鳥兒喙嘴與身體的平均尺寸都變了。他們也記錄了一些案例,可能是正在萌發階段的新物種。

不只葛蘭特夫婦,許多團隊都踏上了目擊演化之路。達爾文認為演化是緩慢而穩定的過程,但有時演化會以爆發性的速率發生,以年為測量單位,而非模糊的「億萬年」,否定了他的信念。非洲大裂谷大湖中的慈鯛魚、阿拉斯加的棘魚、中南美洲與加勒比地區無蹼的卵齒蟾(Eleutherodactylus),都是有名的例子。

演化思想源遠流長,甚至在蘇格拉底之前就出現了,不過古人感興趣的往往只是「適者」如何勝出。18、19世紀的學者對於生物如何演化,提出了許多想法,達爾文的祖父也提出過。

達爾文的演化論無論在19世紀還是在後來,都是第一個經得起嚴格科學檢驗的理論。現今的研究者擁有精密攝影機、電腦與DNA檢驗工具等當年小獵犬號絕不可能配備的儀器,證明了達爾文的想法仍然活力充沛。達爾文這位自然學者的理論,對基礎科學與應用技術(從生物科技到鑑識科學)仍有實用價值,難怪今年全世界都在紀念達爾文200歲冥誕,以及他的傑作《物種原始論》出版150週年。

達爾文的理論是現代科學的支柱之一,地位與相對論、量子力學及其他重要的基礎理論相當。正如哥白尼將地球逐出宇宙中心,在達爾文的宇宙中,人也不是自然界的中心。天擇可以解釋美國加州大學爾灣分校演化生物學者艾亞拉(Francisco J. Ayala)所謂的「沒有設計者的設計」,他用這個說法化解了某些神學家詆毀演化論的凌厲攻勢。2007年,艾亞拉寫道:「達爾文完成了哥白尼革命,為生物學建立了一個新概念——自然是運動中的物質組成的系統,受法則的支配,人類理性毋須訴諸超自然媒介即可解釋。」

在這個值得紀念的年份裡,我們在龐大的研究與理論文獻中都能找到達爾文最偉大的遺產。那些研究是直接從他的著作演繹出來的,也展現了演化論這150年來的根本變化——達爾文理論與基因科學的匯流。當年達爾文對遺傳學的理解,與古人沒什麼兩樣。

【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2009年第84期2月號】